Вернуться в библиотеку

Анализ программновычислительных комплексов для проектирования систем электроснабжения

Автор: Сотников А.В., Криводубский О.А.
Источник: Информатика, управляющие системы, математическое и компьютерное моделирование» (ИУСМКМ-2024) - ФГБОУ ВО «ДонНТУ»., Донецк — 2024, Том 2, с. 413-418. https://drive.google.com/file/d/13t09rz5Bodvg5MQAkDqB3L2_FTsmUTYg/edit

Аннотация

Сотников А.В., Криводубский О.А. Анализ программно­вычислительных комплексов для проектирования систем электроснабжения. Рассмотрение существующих программ и приложений, а также работ по тематике расчётов и моделирования в энергетике позволило лучше разобраться с требуемым функционалом программы, её перспективами и способами развития.

Ключевые слова

Программное обеспечение, функционал программы, ЭВМ, моделирование, анализ, вычисление.

Введение

Современное электроснабжение промышленных предприятий представляет собой сложную систему кибернетического типа, отличающуюся большим числом взаимосвязанных элементов и подсистем.

Исследование таких систем не представляется возможным без применения достаточно мощного математического аппарата и цифровых вычислительных машин. Всевозрастающие темпы электрификации народного хозяйства и энерговооружённости труда приводят к необходимости массового проектирования систем электроснабжения и их развития. Объем этой работы столь велик, что снижение трудозатрат на эту работу становится совершенно необходим.

Эту проблему удаётся решить путём автоматизации проектирования систем электроснабжения, а также за счёт использования современных математических методов и их программным обеспечением.

Анализ существующих систем по управлению энергетикой

1.ЕТАР 22 – является комплексным инструментом для детального анализа систем переменного и постоянного токов [1].

Система постоянного тока использует ту же базу данных, что и сеть переменного тока. Модули «Установившийся режим в системах постоянного тока» и «Расчёт коротких замыканий в системах постоянного тока» предоставляют инженерам возможности для проектирования и обслуживания систем постоянного тока. Модуль «Определение параметров аккумуляторных батарей и их разряд» используется для выбора наиболее подходящих элементов аккумуляторных батарей, проверки ёмкости существующих батарей и моделирования различных сценариев работы системы постоянного тока.

2.АНАРЭС – программный комплекс для расчётов, анализа и планирования режимов работы электроэнергетических систем [2] ; Комплекс предназначен для оперативных расчётов, анализа, планирования режимов работы электроэнергетических систем (ЭЭС); управления ими на различных территориальных уровнях диспетчерского управления. Основные пользователи комплекса – это центры диспетчерского управления системных операторов ЭЭС, электросетевые предприятия, электрогенерирующие компании, крупные промышленные организации, проектные и инжиниринговые организации в электроэнергетике, учебные центры.

Программный комплекс позволяет проводить:

• расчёт нормальных (установившихся) режимов;
• оптимизация режима работы (минимизация потерь);
• поиск и анализ предельных режимов работы;
• расчёт токов короткого замыкания;
• оценивание текущего состояния;
• анализ режимной надёжности, с возможностью оценки вероятности возникновения и развития каскадных аварий;
• расчёт электромеханических переходных процессов;
• производить проектирование электрических систем;
• решать задачи обработки телеметрической информации на уровне подстанций и подготовки её для дальнейшего использования для работы комплекса.

Данный программный комплекс работает под управлением всех операционных систем семейства Windows. Выполнен на единой информационной и сервисной основе. В отличие от ETAP имеет меньший функционал (рис. 1).

3.Global-Еnergy - платформа, созданная для электроэнергетической отрасли, которая позволяет оптимизировать работу на всех этапах - генерации, сбыта, потребления, сетевого снабжения [3]. Решение позволит автоматизировать все задачи для энергосбытовых компаний - биллинг, энерготрейдинг, расчёт с потребителями, теплоснабжение. Для генерирующих компаний система поможет выполнять энергоучёт и консолидацию, планирование, работу на ОРЭМ. Электросетевые компании смогут выполнять электроснабжение и техприсоединение. Энергопотребляющие компании смогут повысить энергоэффективность, планировать потребление(рис 2).

Возможности программного комплекса:

• Анализ и прогнозирование;
• Журнал учёта;
• Мониторинг и управление;
• Распределение ресурсов;
• Расчёт электрооборудования.

4.ЭСП. ПА - Программа анализа работы противоаварийной автоматики. Собирает и передаёт информацию о функционировании объектов, визуализирует прохождение информации по сети, сигнализирует о выходе из строя оборудования или потере противоаварийного управления [4]. Программа показана на рисунке 3

Возможности программного комплекса:

• Мониторинг и управление
• Анализ и прогнозирование
• Журнал учёта

5.IndorPower - внедрение технических условий, электрических параметров нагрузки абонента и информации по потреблению. Отображение абонентов на картах и схемах сетей [5]. Тарификация потребления с гибкой системой настройки тарифов. Отображение трасс ЛЭП на плане местности с планами опор, горизонтальных габаритов пролётов, переходов, пересечений, просек и смежных объектов (ситуации). Отображение планов подстанций, оборудования, вторичных и сигнальных цепей. Схемы подстанций, вторичных и сигнальных цепей. Схемы защит и карты уставок защит. Технические паспорта всех видов силового оборудования.

Возможности программного комплекса:

• Мониторинг и управление
• Расчёт электрооборудования
• Распределение ресурсов
• Управление обслуживанием

Программа показана на рисунке 4.

Все эти системы хорошо справляться со своей конкретной задачей для которой их создавались, и в них нет возможности довалиться какие-то новые модули при этом, не меняя всей системы.

Мобильные приложение не были рассмотрены потому что у них нет возможно управление энергетикой они в основном выступают в роли калькулятора для счетов тех или иных данных или выступают в роли справочника по электрооборудованию и комплектующим.

Подходы по улучшению ПО в сфере энергоснабжения

Рассмотрев и изучив программы которые заниматься управлением в энергетики и энергоснабжении в производственных масштабах можно выделить ряд основного что нужно улучить в системах:

• Внедрить искусственный интеллект;
• Вывод данных в виде графиков;
• Алгоритмы защиты системы;
• Разработать системные коды на авариные случаи;
• Внедрить управление системой со смартфона;
• Модернизировать оценку состояния системы (по узлам);
• Расширить функциями расчёта:
• Заземляющих устройств;
• Молниезащиты;
• Сечения электропроводки;
• Нагрузок электрической сети;
• Потерь напряжения сети;
• Токов короткого замыкания.

Внедрение искусственного интеллекта в системы управление энергетикой позволит погравировать и предлагать системе более оптимальную модель работы. Так же искусственный интеллект должен иметь правами на управление и принятие решений при авариях опираясь на опыт аварийных ситуаций которыми его обучили.  

Прогнозы, которые делает системы в ходе работы при выводе их в виде графика можно визуально увидеть, что произошло повысились показатели нагрузки или на оборот, упала где-то нагрузка. Так же прогнозы должны быть общими по отдельным узлам с их оцениванием.

Расширение функционала позволит охватить большинство управляемых функций и функций расчёта под одной системой, а не множеством которые решат только одну из задач.  

Алгоритм защиты и системные код на аварийные случаи (каждый код соответствует своей аварии в системе) их сцепка под управлением ИИ позволит очень быстро разрешить аварию или же уведомить оператора на смартфон о том что-то случилось. Связь со смартфоном должна быть локальной и по спец протоколам что бы нельзя было взломать систему из вне.

Исходя из выше предложенного улучшение или созданные нового ПО взяв за основу эти требования можно предположить, что приложение должно быть кросс­платформенным и заточено под удалённое управление по сети через специальный протокол безопасности. А также сервер с большими вычислительными мощностями как для анализа системы, так и для ИИ управления системой.

Компьютерная версия может включать себя расширений функционал управление энергетики, но оповещение об ошибкам или других важных уведомлений и мониторинга системы должно приходить и на мобильное устройство, которое у оператора всегда ложно быть под рукой с которого он согласно ситуации, может оправить команду что бы главой компьютер её выполнил.   

Кросс­платформенный проект состоит из трёх типов модулей:

• общий модуль содержит код, который не свойствен какой-либо определённой платформе, а также объявления для реализации в платформы зависимых API. Эти объявления позволяют общему коду быть зависимостью для реализаций для конкретных платформ.
• платформенный модуль содержит реализации платформ зависимых объявлений из общего модуля для конкретной платформы и другой платформенный код. Платформенный модуль всегда является реализацией одного общего модуля.
• обычный модуль. Такие модули базируются на определённой платформе и могут либо быть зависимостью платформенных модулей, либо зависеть от них [6].

Выводы

Таким образом, данное направление в сторону разработки программных комплексов по энергетике имеет большие перспективы в будущем. Но имеются и определённые сложности. Электротехника и энергетика являются обширными, поэтому программа должна быть многофункциональной. Но чтобы не сильно усложнить программный комплекс, его нужно сделать модульным. Каждый модуль отвечает за какую-либо область расчётов или моделирования.

Поэтому разработку программы лучше вести в несколько этапов. Начиная с минимального функционала на начальных этапах разработки, затем добавляя новые, предусмотренные дальнейшими этапами. Не забывая программу делить на модули, можно добиться вполне мощного программного комплекса. Также используя кросс­ платформенные решения, можно добиться большего распространения программы при меньших трудозатратах.

Литература

1. ETAP 22 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://helpcenter.etap.com/portal/
2. Программно-вычислительный комплекс АНАРЭС [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://rdc-sg.com/download/АНАРЭС%20
3. GLOBAL-ENERGY - [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://global-system.ru/index
4. ЭСП. ПА - [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://energosoftpro.ru/programmnye
5. IndorPower - [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://indorsoft.ru/products/power/
6. EveryCircuit - [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://everycircuit.com